(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合装置のシャフト上で回転する改良された混合ツールであって、
（ａ）長軸、少なくとも１つの端部、及びこの端部に隣接した先端領域を有するシャンクと、
（ｂ）前記シャンクの前記先端領域に固定して取り付けられ、１０〜１６度の角度で前記シャンクの前記長軸から外側に向かって角度が付いた前方領域を備えた外面を有するライザー部材と、
を備え、
（ｃ）前記混合装置のシャフトが回転軸を有し、前記改良された混合ツールに回転方向を与え、
（ｄ）前記シャンクの前記長軸及び前記シャフトの回転軸に直交する方向を有し、
（ｅ）前記混合ツールが前記シャンクから外側に伸びる少なくとも１つのブレードをさらに有し、前記ブレードの少なくとも一部が、前記回転方向から離れるように前記直交する方向からの後退角が付けられている、
ことを特徴とする改良されたツール。
【請求項２】
混合装置であって、
（ａ）混合される媒体を保持する容器と、
（ｂ）（ｉ）長軸、少なくとも１つの端部、及び前記端部に隣接する先端領域を有するシャンクと、（ｉｉ）前記シャンクの前記先端領域に固定して取り付けられ、１０度と１６度との間の角度で前記長軸から外側に向かって角度が付いた前方領域を備えた外面を有するライザー部材との両方を含む、前記容器内に取り付けられた混合ツールと、
（ｃ）前記容器の内側の前記混合ツールに接続された、回転運動を前記混合ツールに伝達する回転可能な駆動シャフトと、
を備え、
（ｄ）前記シャフトが回転軸を有し、前記改良された混合ツールに回転方向を与え、
（ｅ）前記シャンクの前記長軸及び前記シャフトの回転軸に直交する方向を有し、
（ｆ）前記混合ツールが前記シャンクから外側に伸びる少なくとも１つのブレードをさらに有し、前記ブレードの少なくとも一部が、前記回転方向から離れるように前記直交する方向からの後退角が付けられている、
ことを特徴とする混合装置。
【請求項３】
トナーを混合する方法であって、
（ａ）トナー樹脂と着色剤との混合体から成るトナー粒子を混合装置に加えるステップと、
（ｂ）表面添加剤粒子を前記トナー粒子の混合体に加えるステップと、
（ｃ）長軸、少なくとも１つの端部、及びこの端部に隣接する先端領域を有する中心シャンクと、前記シャンクの前記先端領域に固定して取り付けられ、１０度と１６度との間の角度で前記シャンクの前記長軸から外側に向かって角度が付いた前方領域を備えた外面を有するライザー部材とを有する回転混合ツールを用いて、前記トナー粒子と前記表面添加剤粒子とを前記混合装置の中で混合するステップと、
を有し、
（ｄ）前記混合装置のシャフトが回転軸を有し、前記改良された混合ツールに回転方向を与え、
（ｅ）前記シャンクの前記長軸及び前記シャフトの回転軸に直交する方向を有し、
（ｆ）前記混合ツールが前記シャンクから外側に伸びる少なくとも１つのブレードをさらに有し、前記ブレードの少なくとも一部が、前記回転方向から離れるように前記直交する方向からの後退角が付けられている、
ことを特徴とするトナーを混合する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の分野は、特に、追加の材料をベース粒子の表面に付着させるように設計された、混合動作用の高強度混合装置に関する。さらに詳細には、この提案された発明は、電子写真及び関連するトナー粒子に対する表面改質を発生させる改良された混合ツールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真、静電気又は同類の装置用のトナーの製造についての一般的な工程は、次の一般的なトナー製造工程の説明によって明らかにされる。従来のトナーについては、一般的に、Werner Pfleiderer ZSK-53又はWP-28押出機のような、顔料をポリマー内に分散させる押出機の中で、着色剤を用いて加熱されたポリマー樹脂を融解混合することにより、工程が開始する。例えば、１５馬力のモータを備えたWerner Pfleiderer WP-28押出機は、樹脂、着色剤、及び添加剤を融解混合するために好適である。この押出機は胴径が２８ｍｍであり、毎時約１．３６２〜５．４４８kg（３〜１２ポンド）の最大スループットで動作する試験工場の規模であると考えられている。
【０００３】
トナーの着色剤は粒状の顔料であるか、あるいはまた、染料である。種々の着色剤をこの工程で使用することができる。
【０００４】
下流で着色剤を分散注入することにより、任意の適当なトナー樹脂を着色剤と混合することができる。使用可能な適当なトナー樹脂の例には、ポリアミド、エポキシ、ジオレフィン、ポリエステル、ポリウレタン、ビニル樹脂並びにジカルボン酸及びジフェノールから成るジオールのポリマーのエステル製品が含まれるが、これらに限定されない。
【０００５】
本発明のトナー及び現像剤の構成用に選択された適当なトナー樹脂の例証となる実施例には、スチレンポリマー、アクリロニトリルポリマー、ビニルエーテルポリマー、アクリル酸及びメタクリル酸ポリマーのようなビニルポリマー；エポキシポリマー；ジオレフィン；ポリウレタン；ポリアミド及びポリイミド；ジカルボン酸及びジフェノール、架橋ポリエステルから成るジオールのポリマーのエステル化製品のようなポリエステルなどを含む。本発明のトナー組成用に選択されたポリマー樹脂は、ホモポリマー又は２つ以上のモノマーのコポリマーを含んでいる。さらに、前述したポリマー樹脂を架橋することができる。
【０００６】
樹脂は、一般に、樹脂−トナー混合体には、トナー組成の約５０重量％から約１００重量％、好ましくは約８０重量％から約１００重量％の量で存在する。
【０００７】
トナーの別の「内部」成分を、トナーを添加剤と混合する前に樹脂に加えることができる。あるいはまた、これらの成分を押出し成形の間に加えることができる。種々の周知の適当で有効な電荷コントロール添加剤を、トナー組成の中に組み入れることができる。これらの添加剤には、米国特許第４，２９８，６７２号で開示されたような、セチルピリジニウムハロゲン化物及びセチルピリジニウムテトラフルオロホウ酸塩を含む第四アンモニウム化合物及びアルキルピリジニウム化合物、並びにジステアリルジメチルアンモニウム硫化メチルなどがある。この米国特許の開示内容は、参照することによって本願に全体的に組み込まれる。内部電荷増進用添加剤の量は、通常最終的なトナー組成の中に、約０重量％から約２０重量％含まれる。
【０００８】
樹脂、着色剤、及び内部添加剤が押し出された後、樹脂混合体の寸法は、当業者に周知の方法を含む任意の適当な方法によって減少される。大抵のトナーは衝撃が与えられたときに樹脂を破砕させるほど脆弱であるため、そのような減少が促進される。このことにより、メディアミル、ジェットミル、ハンマーミル、又は同様の装置のような粉砕機又は磨砕機の中で、粒子寸法を迅速に減少させることができる。適当なジェットミルの例は、Alpine 800 AFG Fluidized Bed Opposed Jet Millである。そのようなジェットミルは、一般的なトナー粒子の寸法を約４ミクロンから約３０ミクロンまで減少させることができる。カラーのトナーについては、トナー粒子の寸法は平均して４〜１０ミクロンのより小さい範囲の中に入る。
【０００９】
ジェットミルの内部では、分類工程が寸法に従って粒子を分類する。大きすぎると分類された粒子は、選別機のホイールにより拒絶され、ジェットミル内の粉砕区域に空気で運ばれてさらに小さくされる。許容範囲内の粒子は、次のトナー製造工程に移行される。
【００１０】
粒子寸法を粉砕又は微粉化することにより減少させた後、分類工程が寸法に基づいて粒子を分類する。細かすぎると分類された粒子は、製品に適した粒子から取り除かれる。微細粒子はプリント品質に大きな影響を与える、またこれらの粒子の濃度は製品間で変化する。製品に適した粒子は別個に収集され、次のトナー製造工程に送られる。
【００１１】
分類の後、次の一般的な工程は高速混合工程であり、ここでは表面添加粒子が分類されたトナー粒子と高速混合機の中で混合される。これらの添加剤には、安定剤、ワックス、流動性添加剤（flow agent）、別のトナー及び電荷コントロール添加剤が含まれるが、これらに限定されない。トナーの中で使用するのに適当な特定の添加剤には、ヒュームドシリカ、シリコン誘導体、酸化鉄、ヒドロキシ終端ポリエチレン（hydroxy terminated polyethylene）、ポリエチレン及びポリプロピレンを含むポリオレフィンワックス、ポリメタクリル酸メチル、ステアリン酸亜鉛、酸化クロム、酸化アルミニウム、酸化チタン、ステアリン酸、及びポリフッ化ビニリデンが含まれる。
【００１２】
外部添加剤の量はトナー組成の重量百分率によって測定され、添加剤自体はトナーの百分率組成を計算する場合には含まれない。例えば、樹脂、着色剤、及び外部添加剤を含むトナー組成には、８０重量％の樹脂及び２０重量％の着色剤が含まれる。存在する外部添加剤の量は、結合された樹脂及び着色剤のその重量％によって報告される。いくつかの新しいカラートナーが必要とするより小さいトナー粒子の寸法及び大きなトナー粒子の寸法の組合わせ、及びそのようなカラートナー用の添加剤粒子のカバレッジは、高強度混合に対する必要性を増大させる。
【００１３】
上述の添加剤は、一般に、Henschel Blender FM-10, 75 又は 600形混合機のような高速混合機の中で粉砕されたトナー粒子に加えられる。高強度混合は、添加剤の塊を適当なナノメータの寸法に砕き、最も小さい可能な添加剤の粒子をトナーのロットの中で均等に分布させ、また小さい添加剤の粒子をトナー粒子に付着させる役目を果たす。これらの工程のそれぞれは、混合機の中で同時に発生する。添加剤の粒子は、粒子間の衝突の間及び混合ツールが回転するとき粒子と混合ツールとの間の衝突の間に、粉砕されたトナー粒子の表面に付着する。トナー粒子と添加剤の表面との間がそのように付着することは、機械的な埋伏と静電気の引力との両方によって発生すると考えられている。そのような付着量は混合の強度レベルに比例し、この混合の強度レベルは、今度は、混合ツールの速度及び形状の両方の関数である。混合工程及び強度工程に使用される時間は、混合工程の間にどの位のエネルギーが加えられるかを決定する。雪かき動作（snow plowing）及び過剰な渦巻き及び密度が低い領域を生じない効率的な混合ツールについては、混合されたトナーの単位質量に対して混合モータによって消費されたパワー（一般に、ワット／ポンドで示される）を参照することにより、「強度」を効果的に測定することができる。従来のトナーを製造する標準的なHenschel Blenderツールを使用すると、混合時間は、概して、一般的な１〜５００キログラムのロット当たり１分〜２０分の範囲である。Xerox Docucenter 265及び関連する多機能プリンタ用のトナーのようないくつかのより最近のトナーについては、表面添加剤の複数の層をトナー粒子に確実に付着させるために、混合速度及び時間が増加される。さらに、より大きな割合の２５ナノメータを超える添加剤粒子を必要とするようなトナーについては、より大きな添加剤をベース樹脂の粒子に付着させるには、より速い混合速度及び多くの時間が必要とされる。
【００１４】
トナーの製造工程は、トナーの塊及び他の大きな破片を取り除くスクリーニング工程で終了する。そのようなスクリーニング動作は、一般に、Sweco Turboスクリーニングセットを用いて、３７〜１０５ミクロンの開口に対して行われる。
【００１５】
電子写真用トナーを製造する工程の上述した説明は、特定のトナーについての要求事項に従って変化する。特に、フルカラー用プリンティングの工程では、着色剤は一般に、各カラートナーを別個に分散させるために加えられた黄色、シアン、マゼンタ、及び黒の着色剤を含んでいる。着色されたトナーの粒子寸法は一般に、４〜１０ミクロンの範囲で、黒色トナーよりもはるかに小さい。粒子の寸法が小さくなると、トナーの製造が材料の取扱い、分類及び混合に関して難しくなる。
【００１６】
一般に、高強度の混合は混合装置の中で行われ、混合の強度は、混合工程の中で使用される混合ツールの形状及び速度によって大きく影響される。従来技術の一般的な混合装置及び混合ツールは、図１及び図２に例示されている。図１は、混合装置２の概略立面図である。この混合装置２は容器１０を備えていて、この容器１０に調合及び混合すべき材料が混合工程の前又はその間に加えられる。ハウジング用ベース１２は、容器１０及びその内容物の重量を支える。モータ１３は、その駆動シャフト１４がハウジング１２内の開口部を通って縦方向に伸びるように、ハウジング用ベース１２の中に配置される。シャフト１４は、容器１０の底部に配置された密封開口部１５を通って容器１０内にも伸びている。回転時には、シャフト１４は、一般に容器１０の底部に垂直な回転軸を有する。シャフト１４はその端部で固定具１７に取り付けられ、混合ツール１６は固定具１７によってシャフト１４にしっかりと結合される。混合が開始される前に、蓋１８が容器１０上に下げられまた締められて、こぼれないようにされる。高強度の混合を行うために、回転ツールのその外側のエッジの速度は、一般に、１５．２４ｍ／秒（５０フィート／秒）を超える。速度が早くなればそれだけ強度が大きくなり、２７．４３２ｍ／秒（９０フィート／秒）又は３６．５７６ｍ／秒（１２０フィート／秒）を超えるツール速度は一般的である。
【００１７】
混合ツールは、様々な形状及び厚さにすることができる。各種の構成が、Henschel、Littleford Day Inc.、及び他の供給業者などの高速混合装置の製造業者が提供するパンフレットやカタログの中で示されている。図１に示したツールは、Littleford Day Inc.によって製造された高速混合用のツールに基づいており、後述する図３に関連してさらに詳細にされる。混合ツールの構成は、以下の理由により異なっている。すなわち（ｉ）混合用モータのパワー及びトルクを効率的に利用するために、異なる粘度により異なった形状のツールが必要とされることが多いこと、（ｉｉ）混合用途が異なると、異なる混合強度が必要とされること、である。例えば、いくつかの食品加工の用途では、液状媒体内の着色剤及び調味料のような小さな固体粒子の極めて細かい分布を必要とする。他の例では、スノーコーン（snow cone）の工程は、角氷を小さな粒子内に粉砕するように設計された敏速な極めて高い強度の混合を必要とする。これらの小さな粒子は、次ぎに、混合機内で味付けされたシロップと混合されてスラリーを形成する。
【００１８】
トナー及び添加剤を混合するためにより一般的に使用される別の種類の混合ツールは、ツール２６として図２に示されている。図示のように、ツール２６は３つの翼状のブレードから構成され、それぞれブレードは直接ブレードの上及び／又は下に来るようにブレードに直角に配置される。ツール２６は、図示のように、ブレード２７，２８，及び２９を有する。最も下のブレードであるブレード２７は、一般に「スクレーパー」と呼ばれ、底から粒子を持ち上げ、粒子に対して初期運動を与える働きをする。中間のブレードであるブレード２８は「流動化ツール」と呼ばれ、混合体に対して追加の機械的エネルギーを与える働きをする。一番上のブレードであるブレード２９は「ホーンツール（horn tool）」と呼ばれ、通常斜め上方に湾曲している。このホーンツール２９が、混合すること及びトナーと添加剤粒子との間に衝撃エネルギーを引き起こす／与えることに主要な役割をするブレードである。ツール２６はその個別のブレードのそれぞれが比較的薄く、このため、トナーと添加剤との混合体の間を前縁に粒子が付着せずに流れるように設計されているため、混合用モータによって消費される電力を測定することは、ツールを使用している間に発生する混合強度の良いインジケータである。この電力消費量は、次のように定義されるツールの比出力として測定される。
【００１９】
【数１】
比電力＝（負荷電力−無負荷電力）／ロット重量［ワット／ポンド］
【００２０】
ツール２６の比電力は、回転速度の変化に関して図９及び図１０に示される。図９及び図１０に示されたデータの重要性は、以下に本発明の実施形態の利点を説明する場合に説明される。しかしながら、ツール２６は、ブレード２７，２８，及び２９のそれぞれがツールの回転方向に混合容器内で粒子を旋回させる効果を有するため、粒子間の実際の衝突エネルギーは通常ツール自体の速度よりも小さいという、前述した制限を具現していることにも注意されたい。
【００２１】
従来技術の少なくとも１つのツールは、渦巻き及び剪断力を発生することを通して混合強度を実現するように設計されていると思われる。このツールは、Littleford Day Inc.からその混合機に使用するために販売されており、図１にツール１６として断面図で示されている。図３に斜視図で示されているように、Littlefordのツール１６は、シャフト１４の端部で固定具１７に嵌め込むための中心ブッシング取付具（central bushing fixture）１７Ａが付いた中心シャンク（center shank）２０を有する（固定具１７及びシャフト１４の両方は図１に示されている）。ブッシング取付具１７Ａは、（図１から）固定具１７上で固定キー機構に嵌め合うように適合されたノッチを含んでいる。矢印２１は、ツール１６がシャフト１４上で回転する方向を示している。第２のスクレーパーブレード１６Ａは、図３に示すように、ツール１６の下側でシャフト１４上に取り付けられる。図示した構成では、Littlefordのスクレーパーブレード１６Ａは、中心シャンク２０に直角に取り付けられたシャンクを含んでいる。このシャンクは、シャンク２０の下側からほぼ水平に現れ、その先端領域近くで下側に傾いている。ブレード１６Ａの先端領域は、混合容器（図示せず）の底部近くの前縁とやや上方に傾斜が付いた後縁とを有する、容器の底部からすくい取られた粒子に揚力を与える平らなクラブ形の形状をしている。クラブ形の前縁は、混合容器の壁に最も近い外部コーナからシャフト１４の全体的な方向に向かって内側に伸びている。スクレーパーブレードはシャンク２０よりも短く、この長さが短いことに前縁の形状が加わった組合わせは、Littlefordのスクレーパーブレードの機能は混合容器の中央の粒子を容器の底部から上方に持ち上げることであることを示している。
【００２２】
図２に示したツールとは対照的に、ツール１６は垂直のライザー１９Ａ及び１９Ｂを備えている。これらの垂直のライザーは、中心ブッシング１７Ａの周りを回転する間のその最大速度のポイントで、中心シャンク２０の端部に固定されている。これらの垂直のライザー１９Ａ及び１９Ｂは、１７度の角度で中心シャンク２０の軸に関して角度が付けられている、すなわち傾斜している。この方法では、ライザー１９Ａ及び１９Ｂの前縁２１Ａ及び２１Ｂは、混合容器１０の壁に最も近く（図１から）、一方後縁２２Ａ及び２２Ｂは混合容器１０からさらに離される。出願人は、ライザー１９Ａ及び１９Ｂの外面と容器１０の壁との間に作られた空間内で捕らえられた粒子の間に剪断力を作ることによって、ツール１６が動作すると考えている。後縁２２Ｂ及び２２Ａは壁からさらに遠く離されるため、この空間に渦巻きが生成される。これらの渦巻きの中に捕捉された粒子は、前縁２１Ａ及び２１Ｂの速度又はほぼそれらの速度でツールに従うと考えられる。対照的に、前縁２１Ａ及び２１Ｂと容器１０の壁との間のギャップを通って外れた粒子は、ほぼ静止した状態に残される。前縁２１Ａ及び２１Ｂの後の渦巻き内に沿って流された粒子が容器の壁に沿ったほぼ静止した粒子と衝突する場合、衝突の速度はツールの前縁の速度に等しいか又はほぼ等しい。出願人は、上述の効果を説明する文献を見出していない。それどころか、上述の分析は、出願人自身の混合ツールの研究の結果として生じる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、混合工程は電子写真及び類似の機器のトナーの製造にますます重要な役割を演じることになる。混合工程を加速し、これにより、混合動作に要する時間と費用とを減少させる装置及び方法が発見されると好都合であろう。最後に、改良されたトナーが、従来製造されたものよりも大きな量の表面添加剤を有することができ、またそのような添加剤を従来製造されたものよりも大きな力でトナー粒子に付着させることができる混合工程を作り出すことは、好都合であろう。そのような改良されたトナーにより、電荷通し特性（charge-through characteristics）が改良され、トナー粒子の間の結合が小さくなること、及びハイブリッド現像技術を用いるトナーイメージ形成システム内の現像ワイヤの汚染が少なくなることが可能にされる。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この段落の以下の記載、及び、００２５段落から００２７段落の記載は、出願当初の特許請求の範囲に対応する記載である。
本発明の１つの態様は、混合装置のシャフト上で回転する改良された混合ツールであり、このようなツールには、長軸、少なくとも１つの端部、及びこの端部に最も近い先端領域を有するシャンクと、シャンクの先端領域に回転する間固定して取り付けられ、１０〜１６度の角度でシャンクの長軸から外側に向かって角度が付いた前方領域を備えた外面を有するライザー部材と、が含まれる。
【００２５】
本発明の別の態様は、混合装置のシャフト上で回転する改良された混合ツールであり、このようなツールには、対角線寸法、少なくとも１つの端部、及びこの端部に隣接する先端領域を有するシャンクと、シャンクの先端領域に回転する間固定して取り付けられ、シャンクの対角線寸法に対する高さ寸法の比率が０．２０より大きい高さ寸法を有するライザー部材と、が含まれる。
【００２６】
本発明の別の態様は、混合される媒体を保持する容器と、（ｉ）長軸、少なくとも１つの端部、及びこの端部に最も近い先端領域を有するシャンクと、（ｉｉ）シャンクの先端領域に回転する間固定して取り付けられ、１０〜１６度の角度でシャンクの長軸から外側に向かって角度が付いた前方領域を備えた外面を有するライザー部材との両方を含む、容器内に取り付けられた混合ツールと、チャンバの内側の混合ツールに接続された、回転運動を混合ツールに伝達する回転可能な駆動シャフトと、を備えた混合装置である。
【００２７】
本発明のさらに別の態様は、トナー樹脂と着色剤との混合体から成るトナー粒子を混合装置に加えるステップと、表面添加剤粒子をトナー粒子の混合体に加えるステップと、長軸、少なくとも１つの端部、及びこの端部に最も近い先端領域を有する中心シャンクと、シャンクの先端領域に回転する間固定して取り付けられ、１０〜１６度の角度でシャンクの長軸から外側に向かって角度が付いた前方領域を備えた外面を有するライザー部材とを有する回転混合ツールを用いて、トナー粒子と表面添加剤粒子とを混合装置の中で混合するステップと、を備えるトナーを混合する方法である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明をその好ましい実施形態及び使用方法と共に以下に説明するが、本発明をこれらの実施形態及び使用方法に限定するつもりはないことは理解されよう。逆に、以下の説明は全ての代替え、修正及び等価な例を、添付した特許請求の範囲により定義されるように、本発明の精神及び範囲の中に含まれるものとしてカバーすることを意図している。
【００２９】
本発明の１つの態様は、従来可能であった強度よりも大きな強度を生み出すことができる混合ツールを作り出すことである。この増大する強度は、剪断区域内で互いに衝突する粒子の間の速度差が結果的により大きいことにより剪断力が増加した結果である。衝突する粒子間の速度差が増加することにより、混合時間を減少させることができ、これにより、ロットの費用を節約し生産性を高めることができる。そのように速度差が増加すると、トナー粒子に付着する添加剤粒子の量を増加すること及び添加剤粒子とトナー粒子との間の平均の接着力を増加することの両方により、改良されたトナーも製造される。
【００３０】
このため、図４に示すような混合ツール５０は、本発明の実施形態である。ツール５０の中心シャフト５１は、図１の混合装置２のシャフト１４のような回転駆動シャフト上に取り付けるための固定具５２を、その中央部に備えている。垂直のライザー５２及び５３が、シャンク５１の各端部に取り付けられる。
【００３１】
図３に示したLittlefordのツールと同様の方法で、垂直のライザー５２及び５３は、シャンク５１の長軸に対して角度が付けられている、すなわち傾斜している。前縁５２Ａ及び５３Ａは、後縁５２Ｂ及び５３Ｂよりも混合容器の壁に近い。それ故に、ライザー５２の外面（図６で５５として示されている）は、中心シャンク５１の軸から外向きに角度が付けられている前縁５２Ａに隣接する前方領域（図６で５６として示されている）を有している。図５は、前縁５３Ａと容器１０の壁との間のギャップＧを用いて、この効果を示している。このギャップＧは、ツール５０が１０リットル形混合容器の寸法である場合、約５ミリメータである。このギャップＧ内を通過する粒子は、容器１０の壁に対して相対的に静止の状態を保つ。しかしながら、前縁５３ＡがギャップＧ内の特定の粒子のそばを通り抜けると、その粒子はライザー５３の外面に沿って形成された渦巻きの影響を受けることになる。ライザー５３が容器１０の壁から離れるように角度が付いているため、ライザー５３の外面と容器１０の壁との間の空間内に部分的な真空が誘発されるために、これらの渦巻きが形成する。いくつかの粒子はこれらの渦巻きの中に「捕捉された」状態が続き、ほぼライザー５３自身の速度で掃引される。粒子間の最大の衝突エネルギーは、ほぼライザー５３の速度で移動するこれらの掃引された粒子が、ギャップＧから外れたほぼ静止している粒子と衝突するときに発生する。発生した渦巻きはほぼ静止した粒子をライザー５３に向かって吸引する傾向があるので、これらの衝突の数は、シャンク５１に対するライザー５３の角度によって大いに増加される。
【００３２】
本発明のツール５０及び図３に示したLittlefordのツールの特定の場所の寸法を比較すると一連の相違があり、本発明による改良を示す結果となる。図６を参照すると、上面図が、上から見た場合のツール５０及びLittlefordのツールの両方のフットプリントの略図を示している。ライザーは、両方のツールの中でツールの端部又は先端部に取り付けられている。シャンクの軸とライザーの位置との間の角度は、角度αとラベルされている。ツールのシャンクを横切る対角線の寸法は、ＤToolとラベルされている。ギャップＧは、図示のように特定されている。ライザーの外面は５５として示され、この外面の前方領域は５６として示される。シャンク５１の長軸は、ダブルヘッドの矢印Ｌとして示されている。
【００３３】
ここで図７を参照すると、標準的な１０リットル形混合容器用に設計されたツールに対する、本発明のツール５０と図３に示したLittlefordのツールとの寸法間の比較が示されている。Littlefordのツールは、７５リットル形容器用に図２に示したようなライザーツールを作らないが、そのようなライザー機構は１２００リットルの規模では利用可能である。（７５，６００，及び１２００リットル形容器は、トナー混合用の生産規模の容器である。）図示のように、ツール５０の角度αは１５度であるのに対して、Littlefordのツールの角度αは１７度である。この差の重要性については、後で説明する。寸法ＤToolも異なっていて、ツール５０はLittlefordのツールよりも３ミリメータだけ長い。このように対角線の寸法が長い結果として、ツール５０のライザー５２及び５３の先端の速度は、同じ回転速度において、Littlefordのツールの同等のライザーよりも早くなる。また、対角線の寸法がより長い結果として、ツール５０のギャップＧは５ミリメータであり、一方、LittlefordのツールのギャップＧは６．５ミリメータである。図７には、ツール５０及びLittlefordのツールのライザーの高さの差の比較も示されていて、ツール５０については６３ミリメータであり、Littlefordのツールについては４０ミリメータである。ツール５０のＨＴｏｏｌ／ＤToolの比率は６３／２２０すなわち０．２８６であり、一方LittlefordのツールのＨＴｏｏｌ／ＤToolは４０／２１７すなわち０．１８４である。ツール５０の７５リットル構成については、ツール５０のように構成された本発明のツールについてのＨＴｏｏｌ／ＤToolの比率は、１０リットル用ツールの比率の０．２８６と同様である。
【００３４】
ＤTool及びαにおける相違についての正味効果は、図８に示した比電力比較曲線において明らかにされている。この比較データは、１０リットル形Littlefordのツール及び高さがLittlefordのツールとほぼ同じ本発明の１０リットル形ツールを用いて生成された。（より大きなLittlefordのライザーツールは、作られていない。）実験は、角度αを減少させる効果及びＤToolを増加させる効果を測定するように企画された。図８のグラフのＹ軸は、一連の比電力の測定値を列挙する。Ｘ軸は、ツールの種々の先端速度を列挙する。混合されるトナー粒子は平均４〜１０ミクロンであり、表面添加剤粒子の平均は３０〜５０ナノメータであった。図示のように、ツール５０はLittlefordのツールより性能が優れており、先端の速度が増加するにつれて効率が増加している。このように、角度αを１７から１５度に減少すること及びＤToolの対角線寸法を増加することは、ツール５０の性能に対する重要な貢献者である。特に、角度αの減少は、より重要な貢献者であると考えられる。最適な混合動作は、αが１０〜１６度の間、より好ましくは１４〜１５．５度の間の場合に発生する。
【００３５】
ここで図９を参照すると、フルハイトのライザーが付いたツール５０の比電力の、図２に関連して説明された標準的なHenschelの混合ツール及び図３に示した標準的なLittlefordのツールとの全体的な比較が示されている。より大きな７５リットル形容器用のLittlefordのツールは製造されていないので、全てのツールは１０リットル形混合容器用であった。図８と同様に、図９のＹ軸は一連の比電力の測定値を列挙している。Ｘ軸は、ツールの多様な先端速度を列挙している。混合されるトナー粒子は平均４〜１０ミクロンであり、表面添加剤粒子の平均は３０〜５０ナノメータであった。図示のように、本発明のツール５０は、両方の標準的な従来技術のツールよりも、特に先端速度が１５メートル／秒を超える場合は大いに優れている。一般的な混合動作では、先端速度は、通常、１０リットル形容器では最大４０メートル／秒に達する。このため、従来技術に対する本発明の改良により、ツールの混合強度が著しく増加される。この強度の増加には、混合動作を行うために必要な時間の減少を含む多数の有益な効果があるが、これに限定されるものではない。例えば、本発明のツールを使用することにより、図２に示した従来のHenschelのツールを使用する場合に対して、７５リットル又は６００リットル形容器において少なくとも５０〜７５パーセントものロット時間を減少することが期待される。さらに、以下に説明するように、混合強度が増加することにより、粒子間の凝集力の減少並びに混合特性及び電荷貫通特性（charge through characteristics）の向上のような重要なトナー特性が改善される。
【００３６】
ここで図１０を参照すると、本発明のツール５０及び図２に示した構成の標準的なHenschelのツールに対する比電力曲線が示されている。容器の寸法は、両方とも７５リットル用である。前述したように、Littlefordの設計によるこの寸法の容器用のツールは作られていない。図９の曲線と比較すると、容器の寸法が増加するにつれて、比電力曲線の大きさが減少することは明白である。図８及び図９に示すように、１０リットル形Littlefordのツールは、先端速度が４０メートル／秒の場合でさえ、２００ワット／ポンドの比電力をほとんど実現しなかったため、図１０の曲線は、Littlefordのツールに基づいた７５リットル形ツールが、例え利用可能であっても、２００ワット／ポンドの比電力を実現しないであろうということを明白に示している。対照的に、本発明の７５リットル用のツール５０は、３０メートル／秒程度の先端速度で、２００ワット／ポンドの比電力の測定を実現している。後で説明するように、２００ワット／ポンドの比電力は、一連の好適なトナー特性に対する重要なしきい値であると思われる。
【００３７】
図５に戻る。図５に示すようなツール５０の別の特徴は、ライザー５２上のスルーホール式フローポート（through hole flow port）５２Ｃ及び５２Ｄ並びにライザー５３上の５３Ｃ及び５３Ｄである。７５リットル形混合容器用に構成されたツールについては、フローポートの直径は、好ましくは、１．５〜３cmの間、より好適には約２cmである。図示のように、フローポートは、ライザー５２及び５３の後端部に向けて配置されることが好ましい。また図示のように、ライザー５２及び５３の内面に形成された凹部により、粒子はフローポートに向かって流れることができ、ライザーと容器１０の壁との間の比較的低い圧力と接続されたライザー５２及び５３の内面上の増加された圧力は、粒子をライザーの内側からライザーと混合容器の壁との間の最大の混合領域内に強制的に送り込む傾向がある。フローポートには、粒子を混合領域の中に流すというさらに有益な効果がある。フローポートがない場合は、粒子はライザーの内面、特にライザーと中心シャンク５１との接合部近辺に付着する可能性がある。付着された粒子のそのような蓄積は、未混合の材料又は部分的に混合された材料が残留する原因になる。フローポートは、このことを改善する。一方のライザーが他方に対して粒子の蓄積に差があると、ツールは不釣り合いになることが多く、蓄積が少ないことはツールの平衡を保つことに役立つため、この蓄積が減少することはツールの振動を減らすというさらなる有益な効果を有する。フローポート５２Ｃ，５２Ｄ，５３Ｃ，及び５３Ｄが付いた同様のツールとそれらが付かないツールとの間の目視及び重量の比較により、フローポートは７５リットル形容器において蓄積を約４０パーセント減少させると思われる。このため、フローポートを加えることにより、本発明のツールの強度及び性能がさらに向上され、混合容器内のトナー及び添加剤のより完全な混合が行われる。
【００３８】
図４及び図５に示すように、本発明のツール５０と図３にツール１６として示したLittlefordのツールとの間の明白な相違は、本発明のツール５０はブレード５４Ａ及び５４Ｂを含んでいることである。これらのブレードは、クラブ形の端部を有しているのではなく、それらのベースから全体的にテーパが付けられている。これらのブレード５４Ａ及び５４Ｂは、混合容器内の流動化された粒子にさらに速度を与えることにより、混合容器内の粒子の平均速度を増加させる。さらに、ブレード５４Ａ及び５４Ｂの中間部及び端部は、これらのブレードの軸が回転方向から離れるように後方に角度が付けられるような「後退角が付いた」前縁を有している。この後退角の機能により、粒子は後退角が付いたエッジに沿って外側を転がることによって、より長い時間ブレードに接触又は近接して残ることができる。また、そのような転がりがない場合でさえ、後退角は衝突された粒子に容器１０の壁に向かって外側に衝突された粒子を移動させる方向ベクトルを与える。容器１０の壁に沿って粒子の密度を増加させることにより、この後退角の機能は、ライザー５２及び５３が容器の壁に近接して動作するため、これらのライザーによって与えられた強度を大いに増加させる。また、Littlefordのツールとは対照的に、ブレード５４Ａ及び５４Ｂは、混合容器の壁に極めて近くまで伸びている。この特徴は、容器の壁に沿った粒子の密度をさらに増加する。前述したように、混合動作は容器の壁に沿って行われる。最後に、図示の構成では、ブレード５４Ａ及び５４Ｂは、図２に示したような標準的なHenschelの混合ツールにおける個別の底部スクレーパー式ブレードではなく、シャンク５１の側部に直接取り付けられている。このように、ブレード５４Ａ及び５４Ｂは、混合装置のシャフト１４のどのような縦方向の空間も占有することはない（シャフト１４は、図１に示されている）。このように縦方向の空間を節約することにより、今度は、シャンク５１及びライザー５２及び５３は容器１０の底部により接近して回転することができる。この容器１０の底部では、粒子の密度が重力により自然に増加する。無論、ブレード５４Ａ及び５４Ｂをシャンク５１の上又は下に取り付けた別のシャンク上に組み込むことができるが、そのような別個のツールは、全てのブレードを容器１０内にできるだけ低く配置する利点を持たない。
【００３９】
このように、従来技術と比較すると、ブレード５４Ａ及び５４Ｂは、混合容器の壁に近接して粒子の密度を増加させると共に、シャンク５１の側部に取り付けられる場合、混合容器の底部から動作ツールをより高くするという有害な効果をもたらさずに、別個の底部スクレーパー式ツールの利点を提供する。前述したように、ライザー５２及び５３の効率の増大に加えて、ブレード５４Ａ及び５４Ｂは改良されたツール５０の混合強度を著しく増加する。
【００４０】
従って、本発明に基づいて、上述した目的及び利点を十分に満足する混合ツール及びトナー粒子が提供されることは明白である。本発明をいくつかの実施形態に関連して説明してきたが、多くの代替え案、修正例及び変更例は当業者に明らかであることは確かである。このため、添付した特許請求の精神及び広い範囲の中に入る全てのそのような代替え案、修正例及び変更例を包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来技術の混合装置の概略立面図である。
【図２】  従来技術の混合ツールの斜視図である。
【図３】  従来技術の第２の混合ツールの斜視図である。
【図４】  本発明の混合ツール構成の実施形態の斜視図である。
【図５】  混合容器の中に配置された、本発明の混合ツール構成の実施形態の斜視図である。
【図６】  混合容器の中に配置された場合の、本発明の実施形態のフットプリントの縦方向の俯瞰図である。
【図７】  本発明の混合ツールの実施形態の様々な寸法を従来技術のツールの同様の寸法と比較した場合のチャートである。
【図８】  いくつかの混合ツールに対する、ツールの先端速度で変化する比電力値を示すグラフである。
【図９】  １０リットル形混合機の中に取り付けたいくつかの混合ツールに対する、ツールの先端速度で変化する比電力値を示すグラフである。
【図１０】  ７５リットル形混合機の中に取り付けたいくつかの混合ツールに対する、ツールの先端速度で変化する比電力値を示すグラフである。
【符号の説明】
５０  混合ツール、５１  シャンク、５２  ライザー、５２Ａ  前縁、５２Ｂ後縁、５３  ライザー、５３Ａ  前縁、５３Ｂ  後縁、５４Ａ  ブレード、５４Ｂ  ブレード。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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